2020年12月17日，嫦娥五號(hào)探測(cè)器圓滿完成我國(guó)第1次月球采樣返回任務(wù)。記者從中國(guó)航天科工集團(tuán)二院了解到，該院自主研制的多項(xiàng)“黑科技”，為嫦娥五號(hào)“繞、落、回”不同階段提供保障支撐。

打造飛天觀測(cè)第1雙眼

11月24日，在長(zhǎng)征五號(hào)火箭帶著嫦娥五號(hào)探測(cè)器拔地而起的幾分鐘內(nèi)，兩部固定式脈沖測(cè)量雷達(dá)快速采集著火箭的飛行信息，確保指控中心能第1時(shí)間掌握全局，做好安控。

這是雷達(dá)測(cè)量的“第1雙眼”。據(jù)二院23所專家介紹，從點(diǎn)火的那一刻開始，該所探測(cè)雷達(dá)緊盯火箭飛行。這兩部測(cè)量雷達(dá)主要用于運(yùn)載火箭發(fā)射上升段的外彈道測(cè)量，為發(fā)射場(chǎng)指控中心實(shí)時(shí)提供火箭距離、方位、俯仰等坐標(biāo)信息和徑向速度數(shù)據(jù)，一旦火箭飛行出現(xiàn)偏移軌道的狀況，即刻就能發(fā)現(xiàn)。

二院23所專家表示，因?yàn)椴皇苡暄┡_(tái)風(fēng)等天氣因素影響，在火箭飛行觀測(cè)的初始階段，這兩部測(cè)量雷達(dá)是扛大梁的。測(cè)量雷達(dá)先后圓滿完成長(zhǎng)征七號(hào)、長(zhǎng)征五號(hào)首飛等數(shù)十次飛行任務(wù)，為嫦娥五號(hào)飛行保駕工作奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

直徑僅為頭發(fā)絲1/200的關(guān)鍵部件

在此次任務(wù)中，二院23所自主研發(fā)的聲表面波濾波器，同時(shí)安裝在嫦娥五號(hào)及搭載飛行的長(zhǎng)征五號(hào)火箭中，主要應(yīng)用在測(cè)控、應(yīng)答機(jī)等分系統(tǒng)，全力保障嫦娥五號(hào)信號(hào)接收、過濾雜波，以及各分系統(tǒng)信號(hào)接收、處理的有效進(jìn)行。

二院23所專家表示，航天器發(fā)射中一旦有了信號(hào)干擾，地面接收到的信息就好比接聽串了線的電話。聲表面波濾波器能夠輕松過濾掉“高次諧波、鏡像信息、發(fā)射漏泄信號(hào)以及各類寄生雜波干擾”等各種干擾信號(hào)，發(fā)射場(chǎng)指控中心可以清晰接收準(zhǔn)確信號(hào)。

專家稱，科技人員為了濾除無用的信號(hào)干擾，更好助力嫦娥五號(hào)進(jìn)行太空觀測(cè)，確保與地面中心的信號(hào)暢通，對(duì)每一個(gè)濾波器精雕細(xì)琢，聲表濾波器的細(xì)線條寬度達(dá)到0.3微米，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的1/200，每一個(gè)合格的高可靠性聲表面波器件，都要高倍顯微鏡下“過關(guān)斬將”并至少經(jīng)歷3次超聲波或等離子清洗，保證了元器件可靠性。

數(shù)百個(gè)元器件為“嫦娥”把脈

嫦娥五號(hào)的頻率信號(hào)如同人體的脈搏，脈搏的穩(wěn)定是她穩(wěn)定正常工作的前提。

二院203所專家告訴記者，該所研制生產(chǎn)的數(shù)百個(gè)自主可控晶體元器件，作為嫦娥五號(hào)中電子設(shè)備的心臟，牢牢穩(wěn)住嫦娥飛行的脈搏。

這其中，某型高性能時(shí)鐘晶體振蕩器是已經(jīng)大量應(yīng)用到我國(guó)探月工程的“功勛”產(chǎn)品。在嫦娥五號(hào)任務(wù)中，它再次成為多面手，從充當(dāng)“千里眼和順風(fēng)耳”的通訊設(shè)備、控制嫦娥著陸的控制系統(tǒng)，到拍攝“廣寒宮”的光學(xué)電子設(shè)備、控制嫦娥采樣返回的控制系統(tǒng)，處處都有它的身影，全力保障嫦娥五號(hào)在遙遠(yuǎn)的太空中“控得住”“采好樣”“返得回”。

還有一型高精度溫補(bǔ)晶體振蕩器，是頻率控制的“大咖”，它可以輸出更加穩(wěn)定的頻率信號(hào)。203所專家告訴記者，經(jīng)過進(jìn)一步設(shè)計(jì)和工藝攻關(guān)后，該設(shè)備能夠大幅提高嫦娥五號(hào)的性能指標(biāo)和可靠性以及頻率穩(wěn)定度，溫度工作范圍提高了近一倍，并具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。

微波雷達(dá)助力“月壤”太空轉(zhuǎn)移

依托月壤采樣返回任務(wù)，二院25所交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)月球軌道應(yīng)用。

二院25所專家表示，這一月球軌道交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接和月壤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵設(shè)備，用于嫦娥五號(hào)軌道器和上升器之間相對(duì)位置與相對(duì)姿態(tài)的測(cè)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙向空空通信，引導(dǎo)兩個(gè)航天器實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對(duì)接，保證月壤采樣安全轉(zhuǎn)移。

不同于地球軌道交會(huì)對(duì)接，微波雷達(dá)在月球軌道交會(huì)對(duì)接是遠(yuǎn)距離測(cè)量的唯1手段，也是保證上升器在環(huán)月軌道和軌道器對(duì)接并把月壤樣品轉(zhuǎn)移到軌道器的關(guān)鍵。

火箭發(fā)射后，微波雷達(dá)隨嫦娥五號(hào)探測(cè)器飛行約7天到達(dá)月球軌道，隨后雷達(dá)主機(jī)及天線隨軌返組合體環(huán)月飛行，應(yīng)答機(jī)主機(jī)及應(yīng)答機(jī)天線隨著上組合體落月完成月壤采樣。之后上升器從月面起飛進(jìn)入環(huán)月軌道，開始月球軌道交會(huì)對(duì)接。

專家表示，微波雷達(dá)在交會(huì)對(duì)接階段工作，從約100公里處開機(jī)工作，為導(dǎo)航控制分系統(tǒng)提供軌道器與上升器間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，同時(shí)進(jìn)行雙向空空通信，直至對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲鎖定上升器，將上升器中的月壤樣品和容器轉(zhuǎn)移到返回器。

護(hù)佑返回器平安回家

在嫦娥五號(hào)返回器返回過程中，二院23所研制的兩部測(cè)量雷達(dá)承擔(dān)了高精度測(cè)量任務(wù)，并為指控中心提供實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，為前方搜救提供有效的目標(biāo)落點(diǎn)數(shù)據(jù)。

二院23所專家告訴記者，距離落區(qū)較遠(yuǎn)的雷達(dá)主要用于黑障區(qū)至地面的跟蹤測(cè)量，該所研制人員根據(jù)十多年神舟系列飛船返回任務(wù)保駕工作經(jīng)驗(yàn)，著重針對(duì)黑障區(qū)內(nèi)返回器對(duì)雷達(dá)存在隱身現(xiàn)象做了充分準(zhǔn)備，實(shí)時(shí)上報(bào)測(cè)量數(shù)據(jù)并預(yù)報(bào)返回艙著陸點(diǎn)，為飛船平安著陸后第1時(shí)間搜救打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

回收任務(wù)末端的跟蹤測(cè)量雷達(dá)，從返回器開傘后開始對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，返回器進(jìn)入返回軌道末端后，該雷達(dá)通過無源定位體制實(shí)現(xiàn)對(duì)返回器從開傘后至落地階段的高精度定位，并提供全天時(shí)全天候的測(cè)量保障，為落點(diǎn)預(yù)報(bào)和返回器搜救提供了及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

值得一提的是，當(dāng)嫦娥五號(hào)返回器在預(yù)定地點(diǎn)著陸后，二院206所研制的搬運(yùn)外骨骼系統(tǒng)助力回收大隊(duì)成功搜救返回器。搬運(yùn)外骨骼包含上肢助力模塊和下肢助力模塊，負(fù)載能力達(dá)50公斤，通過電動(dòng)直驅(qū)助力模塊及智能步態(tài)分析算法，配合人體上下肢關(guān)節(jié)發(fā)力，降低人體能耗，同時(shí)為穿戴者提供了上肢臂力、腰肌及臀大肌助力，在負(fù)重搬運(yùn)機(jī)動(dòng)時(shí)可省力約60%，幫助穿戴者承擔(dān)更大載荷。

此次任務(wù)中，兩名身穿外骨骼系統(tǒng)的搜救回收隊(duì)員攜帶搜救設(shè)備從直升機(jī)降落點(diǎn)快速機(jī)動(dòng)至返回器著陸點(diǎn)，并在返回器旁插上一面鮮艷的五星紅旗。

與此同時(shí)，搬運(yùn)外骨骼系統(tǒng)還協(xié)助搜救回收大隊(duì)在返回器周邊快速搭建應(yīng)急通訊、照明及電力保障體系，確保搜救回收任務(wù)快速、安全完成，為整個(gè)嫦娥五號(hào)探月任務(wù)收官劃上圓滿句號(hào)。